專利名稱：感光元件及其驅(qū)動方法以及應(yīng)用該感光元件的液晶顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液晶顯示器，特別涉及一種具有內(nèi)嵌式觸控面板的液晶顯示器。
背景技術(shù)：
常見的觸控面板(touch panel)有電磁感應(yīng)、電容或電阻式等感應(yīng)方法，其被設(shè)置 于顯示裝置例如陰極射線管顯示器(Cathode ray tube display)或液晶顯示器(liquid crystal display)的外側(cè)，具有透明層配置于屏幕與使用者之間。屏幕上顯示有多個選項 按鈕，使用者以筆或手指靠近或直接觸碰透明層上的選項按鈕而完成操作。此外，觸控面板 也可以作為手寫輸入的工具，取代鼠標與鍵盤。當應(yīng)用于液晶顯示器時，這種類型的觸控面板會降低約20%的光穿透度。且觸控 面板表面的透明層結(jié)合液晶面板的光學(xué)薄膜，使光線形成多次反射而降低對比度，或產(chǎn)生 炫光。另一種內(nèi)嵌式觸控面板(In-cell touch panel)，其原理是利用具有感光能力的 材料制成感光元件，通過檢測光電流(photo-induced current)的改變確認觸碰位置。這種 內(nèi)嵌結(jié)構(gòu)因為相容于既有主動矩陣式液晶顯示器的工藝，可節(jié)省多余的設(shè)備與生產(chǎn)成本。圖1例示了一種內(nèi)嵌電流式感光元件的等效電路圖，感光元件100包含感光薄膜 晶體管110與開關(guān)薄膜晶體管130。開關(guān)薄膜晶體管130的源極136連接讀取線140、柵極 132連接開關(guān)線路150、漏極134連接感光薄膜晶體管110的源極116。此外，感光薄膜晶體 管110的柵極112與漏極114連接至偏壓線路120，偏壓線路120提供電壓至感光薄膜晶體 管110。當開關(guān)薄膜晶體管130被開啟后，由感光薄膜晶體管110產(chǎn)生的光電流會通過開關(guān) 薄膜晶體管130而由讀取線140讀出。通常，光電流與感光薄膜晶體管110所檢測到的亮 度成正比。當使用者以光筆照射，或以手指觸控，會增加或減少照射到感光薄膜晶體管的光 亮度，而使感應(yīng)的光電流大小改變，據(jù)此可確認觸碰位置。嵌入式觸控面板在設(shè)計上利用原有的像素布局上增加感光元件100，感光元件可 規(guī)則性地結(jié)合于部分的一般像素內(nèi)，以形成讀取像素(readout pixel)。圖2例示了一個讀取像素的等效電路圖，讀取像素200由像素元件210與前述的 感光元件100構(gòu)成，兩個元件可共享同一條偏壓線路120，偏壓線路120提供像素元件210 中儲存電容Cst的參考電位，也提供電壓驅(qū)動光電流由讀取線讀出。另外，圖1中的開關(guān)線 路150相當于圖2的掃描線Gn-l、Gn，以及Dm_l、Dm代表數(shù)據(jù)線，提供驅(qū)動像素元件210所 需要的電壓。通常感光元件100中的開關(guān)薄膜晶體管130操作在有遮蔽物的暗態(tài)環(huán)境下，而 感光薄膜晶體管110操作在光環(huán)境下，因此后者在受到長時間光照后的可靠度會降低、靈 敏度變差、感應(yīng)光電流衰減。如果感應(yīng)的光電流衰減的太嚴重，系統(tǒng)上的信噪比(Signal/ noise ratio)會減小，會造成信號誤判，因此感光薄膜晶體管受光后的可靠度是很重要的 課題。感光薄膜晶體管所操作的光環(huán)境，一般在辦公室內(nèi)約為300 5001ux (勒克斯亮度單位)；戶外則為1000(陰天) 30000(日正當中)lux。圖3與圖4揭示了感光薄膜晶 體管在長時間操作下的I-V曲線圖，其中圖3操作在室內(nèi)暗態(tài)環(huán)境下，圖4操作在15001UX 下，Vd (V 伏特)代表給予感光薄膜晶體管的柵極與漏極的電壓，Is (A 安培)代表在感光 薄膜晶體管的源極端116所測量的光電流值。(其中，偏壓的條件圖3為2. 63V，圖4則為 1.95V，且工作周期(duty cycle)同為 1/600)。圖3顯示，在暗態(tài)下給予電壓2小時后，給予相同的柵極電壓，例如6V，感應(yīng)光電 流由77. 2 μ A降至約70 μ A后就不會有衰減的現(xiàn)象，因此可靠度可接受；然而圖4顯示，在 15001ux下操作，光電流會隨著施加電壓的時間增加而衰減，當經(jīng)過時間231小時后感應(yīng)的 光電流衰減了 45. 28%，衰減程度非常嚴重，如此會造成觸碰信號讀出產(chǎn)生誤判。因此，亟需提供一種輸入式的液晶顯示器，其具有新的感光元件架構(gòu)，可解決感光 薄膜晶體管受到光照后光電流衰減的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種新的感光元件及其驅(qū)動方法，以及應(yīng)用此感光元件的 液晶顯示器，以克服公知技術(shù)的缺點。根據(jù)上述目的，本發(fā)明提供一種感光元件，包含感光薄膜晶體管；讀取線；開關(guān)薄 膜晶體管，該開關(guān)薄膜晶體管的源極連接該讀取線、柵極連接第一開關(guān)線路、漏極連接該感 光薄膜晶體管的源極；偏壓線路，該感光薄膜晶體管的柵極與漏極連接至該偏壓線路；以 及補償薄膜晶體管，該補償薄膜晶體管的柵極與漏極連接至第二開關(guān)線路、源極連接至開 關(guān)薄膜晶體管的漏極。根據(jù)上述目的，本發(fā)明提供上述感光元件的驅(qū)動方法，包含步驟持續(xù)給予該偏壓 線路偏壓，使得感光薄膜晶體管持續(xù)被打開；給予該第一開關(guān)線路高電壓，該開關(guān)薄膜晶體 管被打開，該光電流會由該開關(guān)薄膜晶體管的漏極流向源極，并由該讀取線讀出；給予該第 一開關(guān)線路低電壓，使得該開關(guān)薄膜晶體管被關(guān)閉；給予該第二開關(guān)線路高電壓，使得該補 償薄膜晶體管被打開；其中，給予該第二開關(guān)線路的高電壓，其值高于給予該偏壓線路的偏 壓的電壓值。


圖1顯示了公知的感光元件的示意電路圖；圖2顯示了公知的感光元件應(yīng)用于一般像素，形成讀取像素的示意電路圖；圖3顯示了感光薄膜晶體管在暗態(tài)下施以電壓應(yīng)力持續(xù)各種時間下的I-V曲線；圖4顯示了感光薄膜晶體管在15001UX下施以電壓應(yīng)力持續(xù)各種時間下的I-V曲 線.
一入 ，圖5顯示了感光薄膜晶體管的臨界電壓在長期照光環(huán)境后，其臨界電壓偏移的實 驗結(jié)果；圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的感光元件的示意電路圖；圖7顯示了圖6電路結(jié)構(gòu)的驅(qū)動方法；以及圖8顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例液晶顯示器的讀取像素的示意電路圖。
具體實施例方式雖然由文獻中了解，當非晶硅薄膜在長時間光照后，其自由載子的壽命減短，導(dǎo)致非晶硅薄膜的導(dǎo)電率下降，感應(yīng)的光電流減小。此暗示了感光薄膜晶體管的臨界電壓 (threshold voltage)可能會受到影響。為了確立感光薄膜晶體管在光照下，其臨界電壓在 長時間施加偏壓后的穩(wěn)定性，發(fā)明人做了一系列的實驗，實驗結(jié)果如圖5所示。圖5中，Vg代表給予感光薄膜晶體管柵極的電壓，Id(A)則是在源極測量的光 電流值。感光薄膜晶體管被操作在15001UX的環(huán)境下，其中曲線Vd_lV_S為給予加壓 (stressed)490小時后，測量時給予漏極偏壓IV，給予柵極由-15 25V范圍下測得的I-V 曲線，曲線Vd_lV_I為起始狀態(tài)，亦即未施加任何電壓應(yīng)力前，測量時給予漏極偏壓IV，給 予柵極由-15 25V范圍下測得的I-V曲線，其他曲線以此類推。由實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在給予偏壓490小時后，各曲線的臨界電壓由原先的OV往正方 向偏移，增加為6. 3V。而在薄膜晶體管可能的操作范圍1. 7至3. 2V的范圍，光電流衰減了 十的三至四次方倍。臨界電壓往正向偏移，表示需要施加更大的正偏壓才能誘導(dǎo)出相同量的光電流。 為解決此問題，本發(fā)明提供一感光元件結(jié)構(gòu)及其驅(qū)動方法可以避免臨界電壓往正向偏移。圖6揭示了本發(fā)明實施例的感光元件，本發(fā)明的感光元件280包含了開關(guān)薄膜晶 體管230、感光薄膜晶體管260、以及補償薄膜晶體管270 (compensation TFT)。圖6實施例中的開關(guān)薄膜晶體管230與補償薄膜晶體管270，其上方有遮光材料， 例如黑矩陣所覆蓋，因此其操作在暗態(tài)環(huán)境下，不會受環(huán)境光影響，其可靠度可以維持，而 感光薄膜晶體管260至少有部分或全部不被遮光材料覆蓋，操作于環(huán)境光線的照射下。其中，開關(guān)薄膜晶體管230的源極236連接讀取線240、柵極232連接第一開關(guān)線 路250、漏極234連接感光薄膜晶體管260的源極264。此外，感光薄膜晶體管260的柵極 262與漏極266連接至偏壓線路220，偏壓線路220提供電壓至感光薄膜晶體管260。補償 薄膜晶體管270的柵極272與漏極276連接至第二開關(guān)線路251、源極274連接至開關(guān)薄膜 晶體管230的漏極234。圖7例示了圖6電路結(jié)構(gòu)的驅(qū)動方法。首先，持續(xù)給予偏壓線路 220偏壓，例如3至5V，使得感光薄膜晶體管260持續(xù)被打開，而感應(yīng)的光電流由感光薄膜 晶體管260產(chǎn)生，經(jīng)由源極264流向開關(guān)薄膜晶體管230。同時或者稍后，給予第一開關(guān)線 路250高電壓，例如15或16V，因此開關(guān)薄膜晶體管230被打開，光電流會由開關(guān)薄膜晶體 管230的漏極234流向源極236，并由讀取線240讀出。稍后，給予第一開關(guān)線路低電壓，例如0至IV，使得開關(guān)薄膜晶體管230被關(guān)閉。 稍后，給予第二開關(guān)線路251高電壓，例如15或16V，使得補償薄膜晶體管270被打開，并給 予逆偏壓于感光薄膜晶體管260，其中給予第二開關(guān)線路251信號的電壓，高于給予偏壓線 路220的信號的電壓。上述感光元件280的結(jié)構(gòu)與驅(qū)動方法，使得光電流不會衰減的原理為，當給予 高電壓于第一開關(guān)線路250后，感光薄膜晶體管260所感應(yīng)的光電流會經(jīng)由開關(guān)薄膜晶 體管230送到讀取線240讀出，此時B點的電壓將會大于A點的電壓(Vb-Va > 0)，因此 對感光薄膜晶體管260而言有一個正偏(forward-biased)的電壓應(yīng)力，導(dǎo)致臨界電壓 往正方向偏移；當給予第二條開關(guān)線路251高電壓時，補償薄膜晶體管270將會開啟，此 時B點的電壓小于A點的電壓(Vb-Va < 0)，因此對感光薄膜晶體管260而言有一個逆偏(reverse-biased)的電壓應(yīng)力，由逆偏壓來補償，使感光薄膜晶體管的臨界電壓不會偏移、 感應(yīng)的光電流不會衰減。圖8例示了將本發(fā)明圖6的感光元件應(yīng)用于讀取像素的等效電路圖。本發(fā)明的 感光元件可應(yīng)用于液晶顯示器，該液晶顯示器包含薄膜晶體管陣列基板，基板上包含有多 條柵極線與數(shù)據(jù)線，定義了多個像素，本發(fā)明的感光元件可結(jié)合于部分或全部的所述多個 像素內(nèi)，以形成多個讀取像素。在實施例中，本發(fā)明的感光元件被結(jié)合于每一個藍色的像素 (較精確的說法為次像素)內(nèi)。 讀取像素300包含一個像素元件310與前述的感光元件280。像素元件310的結(jié) 構(gòu)可與任何公知技術(shù)相同，不再贅述。為了維持較高的開口率，前述感光元件280的開關(guān)線 路可結(jié)合于柵極線，例如第一開關(guān)線路250等同于圖中的柵極線Gn-Ι、第二開關(guān)線路251等 同于柵極線Gn。像素元件310包含像素薄膜晶體管311，如圖所示其柵極連接于柵極線Gru 源極連接至數(shù)據(jù)線Dm，但也可以改變?yōu)槠鋿艠O連接于柵極線Gn-Ι、以及(或者)其源極連 接于數(shù)據(jù)線Dm-I。此外，為了提高透光的開口率與均勻性，利用開關(guān)(圖中未示出)可將讀取線240 結(jié)合于數(shù)據(jù)線，例如結(jié)合于數(shù)據(jù)線Dm-1，此時像素薄膜晶體管311的源極亦連接至數(shù)據(jù)線 Dm-I,當Gn-I為高準位信號時，同時切換開關(guān)使得數(shù)據(jù)線Dm-I作為讀取線讀出，當Gn為高 準位信號時，同時切換開關(guān)以供應(yīng)電壓予像素薄膜晶體管311。此外，由于光照強度亦會影響感光薄膜晶體管260的臨界電壓，以及不同使用環(huán) 境的光亮度，感光薄膜晶體管260所需的靈敏度亦不相同；因此，本發(fā)明的液晶顯示器亦可 包含檢測元件(圖中未示出)，用于檢測使用環(huán)境的光強度，所檢測的光強度被反饋至微處 理器(圖中未示出)，根據(jù)此檢測的光強度決定施加在偏壓線路220上的電壓值。而根據(jù)圖7所示的驅(qū)動方法應(yīng)用于圖8的讀取像素300，當給予高電壓于柵極線 Gn-I時，開關(guān)薄膜晶體管230會打開，感光薄膜晶體管260所感應(yīng)的光電流會經(jīng)由開關(guān)薄 膜晶體管230送到讀取線240讀出，此時B點的電壓大于A點，對感光薄膜晶體管260而言 有一個正偏的電壓應(yīng)力；而當給予高電壓于柵極線Gn時，會打開像素薄膜晶體管311并寫 入灰階電壓，此時補償薄膜晶體管270也被開啟，寫入補償電流至A點，此時A點的電壓大 于B點，對感光薄膜晶體管260而言有一個逆偏的電壓應(yīng)力，與先前正偏的電壓應(yīng)力相互補 償，使得臨界電壓不會偏移、光電流不會衰減。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并非用以限定本發(fā)明的權(quán)利要求的保護 范圍；凡其他未脫離本發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或變型，均應(yīng)包含在所附權(quán) 利要求的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種感光元件，包含感光薄膜晶體管，用于感應(yīng)產(chǎn)生光電流；讀取線，用于讀取所述光電流；開關(guān)薄膜晶體管，用于控管光電流讀取，所述開關(guān)薄膜晶體管的源極連接所述讀取線、柵極連接第一開關(guān)線路、漏極連接所述感光薄膜晶體管的源極；偏壓線路，所述感光薄膜晶體管的柵極與漏極連接至所述偏壓線路；以及補償薄膜晶體管，所述補償薄膜晶體管的柵極與漏極連接至第二開關(guān)線路、源極連接至所述開關(guān)薄膜晶體管的漏極。
2.如權(quán)利要求1所述的感光元件，其中當所述第一開關(guān)線路被施加高電壓時，所述偏 壓線路被施加偏壓、所述第二開關(guān)線路被施加低電壓；當施加至所述第一開關(guān)線路的所述 電壓被降低至低電壓時，所述偏壓線路仍施加所述偏壓、所述第二開關(guān)線路被施加高電壓， 且所述偏壓的電壓值小于施加于所述第二開關(guān)線路的電壓值。
3.如權(quán)利要求1所述的感光元件，其中所述感光元件被設(shè)置于液晶顯示器的薄膜晶體 管陣列基板上，所述薄膜晶體管陣列基板上包含有多條柵極線與數(shù)據(jù)線，定義了多個像素， 所述感光元件結(jié)合于部分或全部的所述多個像素內(nèi)，形成多個讀取像素。
4.如權(quán)利要求3所述的感光元件，其中所述感光元件被結(jié)合于每一個藍色次像素內(nèi)。
5.如權(quán)利要求3所述的感光元件，其中所述液晶顯示器還包含檢測元件，用于檢測使 用環(huán)境的光強度，所檢測的光強度被反饋至微處理器，所述微處理器根據(jù)此檢測的光強度 決定施加于所述偏壓線路的偏壓值。
6.如權(quán)利要求1所述的感光元件，其中所述開關(guān)薄膜晶體管與所述補償薄膜晶體管， 其上方被遮光材料所覆蓋，所述感光薄膜晶體管至少有部分或全部不被遮光材料覆蓋。
7.—種感光元件的驅(qū)動方法，所述感光元件包含感光薄膜晶體管；讀取線；開關(guān)薄膜 晶體管，所述開關(guān)薄膜晶體管的源極連接所述讀取線、柵極連接第一開關(guān)線路、漏極連接所 述感光薄膜晶體管的源極；偏壓線路，所述感光薄膜晶體管的柵極與漏極連接至所述偏壓 線路；以及補償薄膜晶體管，所述補償薄膜晶體管的柵極與漏極連接至第二開關(guān)線路、源極 連接至開關(guān)薄膜晶體管的漏極，所述驅(qū)動方法包含下列順序步驟持續(xù)給予所述偏壓線路偏壓，使得所述感光薄膜晶體管被打開，而所述光電流由所述 感光薄膜晶體管的源極流出，流向所述開關(guān)薄膜晶體管；給予所述第一開關(guān)線路高電壓，所述開關(guān)薄膜晶體管被打開，所述光電流會由所述開 關(guān)薄膜晶體管的漏極流向源極，并由所述讀取線讀出；給予所述第一開關(guān)線路低電壓，使得所述開關(guān)薄膜晶體管被關(guān)閉； 給予所述第二開關(guān)線路高電壓，使得所述補償薄膜晶體管被打開； 其中，給予所述第二開關(guān)線路的高電壓值，高于給予所述偏壓的電壓值。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述感光元件被設(shè)置于液晶顯示器的薄膜晶體管陣 列基板上，所述薄膜晶體管陣列基板上包含有多條柵極線與數(shù)據(jù)線，定義了多個像素，所述 感光元件結(jié)合于部分或全部的所述多個像素內(nèi)，形成多個讀取像素。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述感光元件被結(jié)合于每一個藍色次像素內(nèi)。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中給予所述偏壓線路的所述偏壓，是檢測所述液晶顯 示器所使用環(huán)境的光強度，根據(jù)此檢測的光強度決定施加在所述偏壓的電壓值。
11.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述開關(guān)薄膜晶體管與所述補償薄膜晶體管，其上 方被遮光材料所覆蓋，所述感光薄膜晶體管至少有部分或全部不被遮光材料覆蓋。
12.一種液晶顯示器，包含薄膜晶體管陣列基板，所述薄膜晶體管陣列基板上包含有多條柵極線與數(shù)據(jù)線，定義 了多個像素，多個感光元件被結(jié)合于部分或全部的所述多個像素內(nèi)，形成多個讀取像素，其 中每個感光元件包含感光薄膜晶體管，用于感應(yīng)產(chǎn)生光電流； 讀取線，用于讀取所述光電流；開關(guān)薄膜晶體管，用于控管光電流讀取，所述開關(guān)薄膜晶體管的源極連接所述讀取線、 柵極連接第一開關(guān)線路、漏極連接所述感光薄膜晶體管的源極；偏壓線路，所述感光薄膜晶體管的柵極與漏極連接至所述偏壓線路；以及 補償薄膜晶體管，所述補償薄膜晶體管的柵極與漏極連接至第二開關(guān)線路、源極連接 至開關(guān)薄膜晶體管的漏極。
13.如權(quán)利要求12所述的液晶顯示器，其中當所述第一開關(guān)線路被施加高電壓時，所 述偏壓線路被施加偏壓、所述第二開關(guān)線路被施加低電壓；當施加至所述第一開關(guān)線路的 所述電壓被降低至低電壓時，所述偏壓線路仍施加所述偏壓、所述第二開關(guān)線路被施加高 電壓，且所述偏壓的電壓值小于施加于所述第二開關(guān)線路的電壓值。
14.如權(quán)利要求12所述的液晶顯示器，其中所述感光元件被結(jié)合于每一個藍色次像素內(nèi)。
15.如權(quán)利要求12所述的液晶顯示器，還包含檢測元件，用于檢測使用環(huán)境的光強度， 所檢測的光強度被反饋至微處理器，所述微處理器根據(jù)此檢測的光強度決定施加于所述偏 壓線路的電壓值。
16.如權(quán)利要求12所述的感光元件，其中所述開關(guān)薄膜晶體管與所述補償薄膜晶體 管，其上方被遮光材料所覆蓋，所述感光薄膜晶體管至少有部分或全部不被遮光材料覆蓋。
全文摘要
一種感光元件及其驅(qū)動方法以及應(yīng)用該感光元件的液晶顯示器。該感光元件具有感光薄膜晶體管、開關(guān)薄膜晶體管、補償薄膜晶體管。感光薄膜晶體管經(jīng)光照后產(chǎn)生感應(yīng)的光電流；第一開關(guān)線路控制開關(guān)薄膜晶體管，使光電流由讀取線讀出；第二開關(guān)線路控制補償薄膜晶體管以形成補償電流，補償電流給予感光薄膜晶體管逆偏壓，使其臨界電壓不會偏移、產(chǎn)生光電流的效率不會大幅衰減。
文檔編號H01L27/14GK101859784SQ200910132588
公開日2010年10月13日 申請日期2009年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月7日
發(fā)明者劉挺中, 胡憲堂, 蕭建智, 陳柏仰 申請人:瀚宇彩晶股份有限公司